3D打印思想最早可以追溯到19世紀(jì)的美國黔龟，又被稱為三維打印或快速成型技術(shù)攘残，是直接從數(shù)字模型通過材料堆積來生產(chǎn)三維實(shí)體的技術(shù)序宦。據(jù)記載睁壁，在20世紀(jì)80年代3D打印技術(shù)就已經(jīng)開始實(shí)際運(yùn)用，并且被命名為“RapidPrototypingManufacturing”互捌。目前癌割，3D打印技術(shù)已在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝茵沾、制造裝備窟怪、材料制備、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域產(chǎn)生全面负腻、深刻的變革嫡笔，并成為第三次工業(yè)革命的重要標(biāo)志，受到世界各國的極大關(guān)注淡窘。我國3D打印產(chǎn)業(yè)起步較晚辞仇，技術(shù)水平總體不高，產(chǎn)業(yè)化規(guī)模相對較小讼牢，但發(fā)展勢頭較好板拂，在高分子材料中的應(yīng)用還處于探索階段。

3D打印技術(shù)的原理與特點(diǎn)

1.技術(shù)原理

3D打印技術(shù)與激光成型技術(shù)基本上是一樣的盾摹。簡單來說涣母，就是通過采用分層加工、迭加成形撕贞，逐層增加材料來生成3D實(shí)體更耻。稱它為“打印機(jī)”的原因是參照了其技術(shù)原理，3D打印機(jī)的分層加工過程與噴墨打印機(jī)十分相似捏膨。首先是運(yùn)用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出所需零件的三維模型秧均，然后再根據(jù)工藝需求，按照一定規(guī)律將該模型離散為一系列有序的單位号涯，通常在Z向?qū)⑵浒凑找欢ǖ暮穸冗M(jìn)行離散目胡，把原來的三維CAD模型變成一系列的層片；然后再根據(jù)每個(gè)層片的輪廓信息链快，輸入加工參數(shù)誉己，然后系統(tǒng)后自動(dòng)生成數(shù)控代碼；*由成型一系列層片并自動(dòng)將它們連接起來域蜗，*得到一個(gè)三維物理實(shí)體巨双。

2.優(yōu)點(diǎn)

一、最直接的好處就是節(jié)省材料霉祸，不用剔除邊角料筑累，提高材料利用率袱蜡，通過摒棄生產(chǎn)線而降低了成本；

二疗刮、能做到很高的精度和復(fù)雜程度吞瘸，除了可以表現(xiàn)出外形曲線上的設(shè)計(jì)；

三忿迷、不再需要傳統(tǒng)的刀具械与、夾具和機(jī)床或任何模具，就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件纫惰；

四唆蕾、它可以自動(dòng)、快速赫丈、直接和*地將計(jì)算機(jī)中的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為模型衡辨，甚至直接制造零件或模具，從而有效的縮短產(chǎn)品研發(fā)周期官溜；

五怎开、3D打印能在數(shù)小時(shí)內(nèi)成形．它讓設(shè)計(jì)人員和開發(fā)人員實(shí)現(xiàn)了從平面圖到實(shí)體的飛躍；

六牵字、它能打印出組裝好的產(chǎn)品铲蒸，因此它大大降低了組裝成本。它甚至可以挑戰(zhàn)大規(guī)模生產(chǎn)方式岸夯。

3.缺點(diǎn)

任何一個(gè)產(chǎn)品都應(yīng)該具有功能性麻献，而如今由于受材料等因素限制，通過3D打印制造出來的產(chǎn)品在實(shí)用性上要打一個(gè)問號(hào)猜扮。①強(qiáng)度問題：房子勉吻、車子固然能“打印”出來，但是否能抵擋得住風(fēng)雨旅赢，是否能在路上順利跑起來齿桃，仍是一個(gè)必須面對的問題；②精度問題：由于分層制造存在“臺(tái)階效應(yīng)”煮盼，每個(gè)層次雖然很薄短纵，但在一定微觀尺度下，仍會(huì)形成具有一定厚度的一級(jí)級(jí)“臺(tái)階”僵控，如果需要制造的對象表面是圓弧形香到，那么就會(huì)造成精度上的偏差；③材料的局限性：目前供3D打印機(jī)使用的材料非常有限报破，無外乎石膏悠就、無機(jī)粉料、光敏樹脂抛惶、塑料等伍茎，能夠應(yīng)用于3D打印的材料還非常單一斥稍，以塑料為主衡蟹，并且打印機(jī)對單一材料也非常挑剔已清。

3D打印技術(shù)在高分子材料中的應(yīng)用

1.高分子原材料的種類

作為3D打印的重要環(huán)節(jié)，材料方面也是起到舉足輕重的作用的镇弄，目前常用的3D打印高分子材料有聚酰胺卷霜、聚酯、聚碳酸酯纽肄、聚乙烯遗渊、聚丙烯和ABS等。在光固化立體印刷中的齊聚物的種類繁多夹村，其中應(yīng)用較多的主要包括如聚氨酯丙烯酸樹脂什异、環(huán)氧丙烯酸樹脂、聚丙烯酸樹脂以及氨基丙烯酸樹脂袒兵。

2.常見應(yīng)用工藝

目前應(yīng)用較多的3D打印高分子材料技術(shù)主要包括光固化立體印刷(SLA)毙驯、熔融沉積成型(FDM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)等[5]灾测。

光固化立體印刷

光固化3D打颖邸（SLA）工作原理與噴墨打印類似，在數(shù)字信號(hào)的控制下媳搪，噴嘴工作腔內(nèi)的液體光敏樹脂在瞬間形成液滴铭段，在壓力作用下噴嘴噴出到指定的位置，然后通過紫外光對光敏樹脂固化秦爆，固化后逐層堆積序愚，得到成形零件。成形過程如下：首先根據(jù)零件截面的形狀等限，控制打印噴頭沿X展运、Y軸運(yùn)動(dòng)，在既定截面的相關(guān)實(shí)體區(qū)域打印實(shí)體材料精刷，在支撐區(qū)域打印支撐材料拗胜，并在紫外光的照射下進(jìn)行固化，然后打印平臺(tái)沿Z軸下降一定高度怒允，噴頭接著打印固化下一層埂软，如此逐層打印固化直至工件的完成，*除去工件中的支撐材料即可獲得所需的工件思袋。

光固化3D打印材料由光固化實(shí)體材料與支撐材料組成聪供，其中支撐材料根據(jù)其固化方式不同又可分為相變蠟支撐材料和光固化支撐材料。光固化支撐材料通常俗稱光敏樹脂估骡，主要由齊聚物蜒且、反應(yīng)性稀釋劑（活性單體）筝妥、光引發(fā)劑以及其它助劑組成。國外由于起步較早尤喂，并且3D打印機(jī)能夠?yàn)楣饷魳渲难芯刻峁?shí)驗(yàn)器材的支持屋问，因而國外在3D打印光敏樹脂做的較為成熟。目前國外做的*的就是以色列OBJET公司以及美國的3DSystems公司辽奥，這兩個(gè)公司占據(jù)了絕大部分3D打印光敏樹脂的市場籍囱。但是這些公司把光敏樹脂作為核心技術(shù)，成果很少對外公布茶括，并且將這些光敏樹脂與其生產(chǎn)的光固化3D打印機(jī)捆綁銷售烤脾。

光固化立體印刷制備生物可降解支架材料的高分子原料包括光敏分子修飾的聚富馬酸二羥丙酯(PPF)聚(D，L-丙交酯)(PLA)聚(-己內(nèi)酯)(PCL)诅福、聚碳酸酯匾委、以及蛋白質(zhì)多糖等天然高分子．為了降低液態(tài)樹脂原料的黏度，還需要加入小分子的溶劑或稀釋劑氓润，常用的如可參與光聚合反應(yīng)的富馬酸二乙酯(DEF)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)赂乐，以及不參與聚合反應(yīng)的乳酸乙酯，該技術(shù)獲得的3D成型材料具有可調(diào)控的孔尺寸孔隙率貫通性和孔分布旺芽。

熔融沉積成型

熔融沉積成型(FDM)是采用熱熔噴頭沪猴，使得熔融狀態(tài)的材料按計(jì)算機(jī)控制的路徑擠出沉積，并凝固成型采章，經(jīng)過逐層沉積凝固运嗜，*除去支撐材料，得到所需的三維產(chǎn)品悯舟。FDM技所使用的原料通常為熱縮性高分子担租，包括ABS、聚酰胺抵怎、聚酯奋救、聚碳酸酯、聚乙烯反惕、聚丙烯等．該技特點(diǎn)是成型產(chǎn)品精度高表面質(zhì)量好成型機(jī)結(jié)構(gòu)簡單無環(huán)境污染等赶马，但是其缺點(diǎn)是操作溫度較高。

近年來马怎，利用FDM技術(shù)制備生物醫(yī)用高分子材料也受到越來越多的重視既屋，尤其是以脂肪族聚酯為原料制備生物可降解支架材料，取得了相當(dāng)多的進(jìn)展惰渐。材料的性質(zhì)受到壓力梯度熔體流速溫度梯度等影響闰幽，聚酯與無機(jī)粒子的復(fù)合物也能用于熔融沉積成型制備3D支架材料。

選擇性激光燒結(jié)

選擇性激光燒結(jié)(SLS)是采用激光束按照計(jì)算機(jī)指定路徑掃描，使工作臺(tái)上的粉末原料熔融粘結(jié)固化屯贺。當(dāng)一層掃描完畢渣碌，移動(dòng)工作臺(tái)，使固化層表面鋪上新的粉末原料摸进，經(jīng)過逐層掃描粘結(jié)饰样，獲得三維材料。與SLA技術(shù)通過紫外光逐層引發(fā)液態(tài)樹脂原料發(fā)生聚合或交聯(lián)反應(yīng)不同一黄，SLS技是通過激光產(chǎn)生高溫使粉末原料表面熔融相互粘結(jié)來形成三維材料芋滔。SLS技術(shù)常用的原料包塑料陶瓷金屬粉末等援雇。其優(yōu)點(diǎn)是加工速度快矛渴，無需使用支撐材料，但缺點(diǎn)是成型產(chǎn)品表面較糙惫搏，需后處理具温，加工過程中會(huì)產(chǎn)生粉塵和有毒氣體，而且持續(xù)高溫可能造成高分子材料的降解筐赔，及生物活性分子的變形或細(xì)胞的凋亡铣猩，該技術(shù)不能用于制備水凝膠支架。以生物可降解高分子為原料茴丰，利用SLS技術(shù)达皿，也是制備外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)可控3D醫(yī)用高分子材料的有效途徑。對支架性能產(chǎn)生影響的主要參數(shù)包括顆粒尺寸激光能量激光掃描速率部分床層溫度等贿肩。

3D打印技術(shù)高分子材料應(yīng)用介紹

(1)機(jī)械制造：3D打印技術(shù)制造飛機(jī)零件峦椰、自行車、步槍汰规、賽車零件等汤功。

(2)醫(yī)療行業(yè)：在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，借助3D打印制作假牙鲁其，股骨頭吟芜、膝蓋等骨關(guān)節(jié)技術(shù)應(yīng)用也非常廣，技術(shù)越來越成熟耐浙。

(3)建筑行業(yè)：工程師和設(shè)計(jì)師們已經(jīng)接受了用3D打印機(jī)打印的建筑模型夯榛，這種方法快速、成本低慢荧、環(huán)保杯岩，同時(shí)制作精美，完全合乎設(shè)計(jì)者的要求惊钮。同時(shí)又能節(jié)省大量材料访芙。

(4)汽車制造行業(yè)：用3D打印技術(shù)為汽車公司制造自動(dòng)變速箱的殼體。汽車公司會(huì)對變速箱進(jìn)行各種極端狀況下的測試，其中一些零件就是用3D打印方法做的薯替。定型了以后沈论，再開模具，然后按照傳統(tǒng)制造方法批量生產(chǎn)．這樣成本就會(huì)大大降低救辖。

結(jié)語

3D打印技術(shù)代表制造業(yè)發(fā)展新趨勢簿煌，它和其他一些數(shù)字化生產(chǎn)模式的涌現(xiàn)將推動(dòng)實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命〖担可以充分應(yīng)用高分子材料的成型技術(shù)中姨伟，制備復(fù)雜的一體化高分子材料器件，高分子醫(yī)用行業(yè)將成為3D打印技術(shù)帶來發(fā)展機(jī)遇豆励，同時(shí)高分子材料將為3D打印技術(shù)提供輕質(zhì)夺荒、高強(qiáng)、耐腐蝕的特點(diǎn)良蒸。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)技扼，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)嫩痰，也不構(gòu)成任何其他建議剿吻。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布、編輯整理上傳串纺，對此類作品本站僅提供交流平臺(tái)丽旅，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻纺棺、圖片榄笙、文字如涉及作品版權(quán)問題，請第一時(shí)間告知杰泡，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容蓄稠，以保證您的權(quán)益！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn朋丢。